Щука А.А. Электроника (2005) (1152091), страница 136
Текст из файла (страница 136)
К устройствам частотной селекции относятся также резонаторы. Резонаторы на обьемных акустических волнах были хорошо известны. ПАВ-резонаторы. как правило, салюстоятельного значения не имеют, однако широко используются в конструкциях фильтров. Полосовые олмьицэы получили наиболее широкое распространение среди элементов частотной селекции на ПАВ. Различают сверхузкополосные фильтры (0,01% < Л)'гу; <О,!%), узкополосные (0,1% < Лу lу; <1%), среднеполосные (1% < Лт'/ ~„<10%), широкополосные (10% < ЛуЯ <50%1 и сверхширокополосные (50% < ф'1 Д <100%). Полосовые фильтры используются в диапазоне частот от 10 ЫГц до 2 П и, Фильтрация частот в полосовых фильтрах осуществляется за счет селективных свойств ВШП.
Самым простылз по конструкции из полосовых фильтров является однопроходной фильтр. Рассмотрим элементы его конструкций. В качестве континуатьной среды используются различные пьезоэлектрические материальь Генератором динамических неоднородностей в виде ПАВ служит входной ВШГ1, имеющий многоэлектродную структуру. Амплитудно- частотная характеристика зквиднстантного ВШП (рис. 2.15, а) может быть определена с помощью преобразования Фурье.
Спектр входного сигнала 1.'„(г) может быть представлен в виде суммы бесконечного числа синусоидальных колебаний с непрерывной последовательностью частоты и с бесконечно малыми амплитудами 1 Я/, = — Ф.,(га)ехрЦглг)(гл где г(щ — бесконечно малый частотный интервал. Функция Ф, = ~ и„,( )е х" 4г редставляет собой спектральную плотность амплитуды. Часть!)т. Функциональная электроника 64б б) г) в) Рис.
2.15. Полосовсй фильтр. в — конструкция; б — АЧХ фильтра; в — схема формирования трансверсального фильтра; г — суммарная АЧХ трансверсального фильтра Если лля любой частоты извес~си коэффициент передачи четырехполюсника и„.„ К(Усз) = —," ", Ь'„„ то и о амплитуде элементарного воздействия можно найти амплитуду элементарного оклика: )О(г) = )()„„,„)м' = К()зл)е™ )(~н. Таким образом, элементарный отклик люжно прелставить в виде; Й(з',„,(т) = — К(ую)Ф,(ь)е "~г)гл. 2к Полный отклик равен сумме элементарных откликов: ()„н(з) = — ~ К(Дя)Ф, (гс)е 'г)сз, 2к з ()„„„(з) = — Фз(сз)е'"'ого, 2к " тле Фз(ю)-- спектр отклика. Другими словами, спектр отклика равен спектру возле з ейст- Кгмз) вия, умноженному на коэффициент передачи, или Фз(а) = К()то)Ф,(ю). Величина К' является лередазлочлой Фулкнлезл , п лься В исслелованной конструкции фильтра входной сигнал прелставлен в виде импу с прямоугольной огибающей, заполненной колебаниями с частотой Кь Входной В 2.
Функциональная акуогоэлвкгроника преобразует входной сигназ. Фурье-спектр этого сигнапа может быть аппроксимирован функцией вида в!пХ вЂ” оп51 —, Х Агсз) с 1А' — 1) Ла где Х = — к — (рис. 2.15, о, кривая 1). 2 кп где г, — время задержки сигнала в линии, Частотная характеристика фильтра с множеством ЛЗ представлена на рис. 2.15, г и предо~валяет собой сумму функций типа (э)пХ) г Х для большого числа У. Частотная характеристика трансверсапьного фильтра имеет почти прямоугольную форму. Сзедует заметить, что каждую пару электродов ВШП можно интерпретировать как отводы фильтра, шины в качестве сумматора, а весовые коэффициенты а, определяются топологией электродов, Очевидно, что, изменяя топологию электродов, их взаимное перекрытие можно менять значения а, и, соответственно, АЧХ полосового фильтра. Такой метод весовой обработки компонентов сигнала получил название алодизапии преобразователя.
В принятой модели изделия функцноназьной электроники аподизированный преобразователь представляет собой устройство управления. Степень перекрытия электродов при постоянной амплитуде ПАВ изменяет величину фРонта волны, что и сказывается на значении весового коэффициента. Различают два основных негода аподизации преобразователей.
Внешнее взвешивание реализуется с поьзоцгью внешних шунтов емкостного или резистивного характера, которые позволяют задавать на электродах (рис. 2.16, а) разность потенциалов )рис. 2.1б, б), необходимую для формирования ПАВ. Интенсивность электрического поля между соседними электродами ВШП определяется только разностью потенциалов, поскольку апертура постоянна. Интенсивность формируемой ПАВ пропорциональна интенсивности электрического поля.
Энергетические характеристики волны отражены на эпюрах. Амплитуда волны пропорциональна напряжению при постоянной зпертуре И'. Излучаемый ВШЛ сигнал распространяется в акустическом канале без искажения и поступает на выходной ВШП, который состоит из чалого количества штырей н имеет достаточно широкую полосу пропускания (рис.
2.15, б, кривая 2). Полоса пропускания г)г" такого полосового фильтра определяется входным ВШП и регулируется количеством штырей Аг Конструкции фильтра мало чеч отличается от ранее рассмотренной линии задержки. Такие конструкции„ у которых свойства определяются фвзочастотной характеристикой известны как зпровсаерсаяьяые фильтры. Селекция частот в них осуществляется с помощью топологии ВШП.
В более сложных конструкциях используются несколько фильтров (линий задержек), сигналы от которых складываются синфазно. Фильтр илзеет и линий задержки, отводы от которых характеризунггся весовыми коэффициентами а,. Сигналы от каждой линии задержки сннфазно складываются в суммагоре и формируют сигнал на выходе фильтра (рис. 2.15, в). У нетрансверсальных фильтров свойства определяются амплитудно-частотной характеристикой.
Если входной сигнал представлен в виде П -= П„,/', то выходной сигнал с сумматора с помощью преобразования Фурье описывается зависимостью: Часть! К Функциональная элвкгрони 648 а) в) б) Рис. 2.16. Фильтр с внешним взвешиванием: а — общая схема; б — входной сигнал; в — амплитуда откликов элементов НШП Детектирование сигнала происходит на выходном ВШП, имеющем любую апертуру, но достаточно широкополосном, позволяющем получить суммарный1 сигнал от каждого эле. лтента импульсного отклика в виде Л =- 111) (рис. 2.16, в). другой метод аподизации — топологический или метод непосредственного взвешивания.
Сущность этого метода заключается в том, что амплитудная модуляция импульсного от клика осуществляется заданным изменением апертуры перекрытия электродов. Энергн гия ПАВ, излучаемая каждой парой электродов ВШП, зависит от степени их перекрытия н излучается в канале соответствующей ширины 1рис. 2.17, а). Модуляция в этом ш1У'а„ осуществляется апертурой акустического потока и моментачьный входной импульс" оный отклик равен плошади апертуры 1К,„, 1рис. 2.17, б), а выходной (детектируюший) преобр об азователь должен иметь апертуру где И'ч„„— максимальная апертура перекрытия электродов и его импульсный - отклик представлен на рис. 2.! 7, в. ьтиа с Фильтр с топологическим взвешиванием электродов конструктивно проще фильтр ша1ст внсшним взвешиванием электродов, п ежде всего потому, что внешние шунты нарУ'" Р ожн ость микроэлектронную технологию. Недостатком такого фильтра является невозможн разлеления фронтов двух аподизированных преобразователей, работающих в одноь нем аку слить стическом канале.
В этом случае применяют резонаторы ПАВ, позволяющие Разде акустические каналы. В Функциональная акустоэлектроника е) б) Рис. 2лт. Фильтр с гопологичвским (непосредственным) взвешиванием а — общая схема; амплитуда импульсного отклика входного (б) и выходного (в) преобразователей ПАВ-резонаторы предназначены для стабилизации частоты генерируемых колебаний, а также используются в качестве узкополосных фильтров. Амплитудно-частотная характеристика представляет собой резонансную кривую, и подавление вне полосы пропускания оказывается недостаточно сильным.
Резонанс колебаний формируется в резонаторе, реализованном на ВШП либо зеркатах из отражательных решеток. Условие резонанса определяется соотношением ( =л).)2, тле и — целое число, (. — размер резонирующей полости. Коэффициент отражения зеркала эг определяется выражением Л.= %1э1, где Х- — число элементов решетки, )«~ — модуль коэффициента отражения каждого элемента. В типичных случаях ~г~ и 0,01 и тогда У> 100 элементов. Резонатор с шагом з( проектируется, исходя из условия подавления всех колеоаний, кроме одного собственного колебания резонатора тз =.
'гд ! 2Н. Достигается это в том числе и зв счет частотной зависимости коэффициента и фазы отражения решетки. На рис. 2.18, а прелсгавлена конструк'тив узкополосного фильтра, реатизованного на основе резонаторов. Они размещены на одной подложке и акустически связаны с помощью многололоскового отражателя. П.з, В-резонаторы очень часто используются в устройствах для фильтрации частот. Отражательные структуры могут быть выполнены в виде металлических электродов рис. 2.18, 6), топографических (рис. 2.18, в) или диффузионных статистических неодно"одностей (рис.
2.18, е). В любом случае основой является технология микроэлектроники. ильтры на основе ПАВ-резонаторов предназначены для перестройки частоты с почоцзыо управляемого изменения параметров ПАВ и разделения акустических каналов двух аподизированных преобразователей. Часть!)т. Функциональная электроник 650 Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
